热解动力学计算.docx

污泥干燥动力学分析若把污泥干燥视为湿污泥的热分解，分解产物为干燥污泥和水分，反应式为:AB(固)C(气)(4.1)失重率或干燥率，其物理意义为污泥在任一时刻已失水分质量与总失水质量的百分比，其表达式为：WoWWWoWW(4.2)Wo—初始质量；w—Tc(t)时的质量；w—最终质量；—TC(t)时的失重量;W—最大失重量；分解速率为:ddtKf()(4.3)依据Arrhenius公式®】：AeE.'RT(4.4)可得:d/dtAexp(E/RT)f()(4.5)式中：A—频率因子;E—活化能；R—气体常数；T—肯定温度；t—反应时间；—样品转化率在恒定的程序升温速率下，升温速率dT/dtd/dT(A/)exp(E/RT)f()(4.6)定义G()gf()(4.7)Coats和Redfern依据式(4.6)和式(4.7)可推导出下式AG()—exp(E/RT)dT0(4.8)则,G(),AR2RTElnJn(1)T)EERT(4.9)由于空I0,所以当In%〜丄拟合关系接近于线性时，斜率即为ET2TR,截距"朋固体反应一共有45种积分形式，把污泥干燥数据代入G()形式，找出最适合的表达式(•劣〜I拟合为线性关系)，将这一。

函数式用于分析污泥干燥，从而讨论污泥干燥的表观动力学污泥干燥讨论过程以升温速率为3C/min为例来说明经过拟合筛选，表4.1所示的七个动力学机理函数较接近污泥干燥的动力学函数机理函数2G1()131G3()11G4()11编号G5()111i，2G2()13G6()1137G7()(1)14不同机理函数拟合曲线如图4.6所示：5茨4,2同拥廿解气征反应常电动力学机理凿数6Tlbk4.2M炉；吐血FunctionofpjAdysiskinetics歯处fc杆机理积分形式6（«）谑什羽式貞（I■维扩ltdIDE1扼物統法则a5城速形CW曲线相边■2MuupelPower法划界反应（/712（耳瓯按祛剜）•Hfermah•Hfemia.-i陡机咸樓和珈蔚生3知口阿1亡单厅袪吋一级只肓一个枝匕・AirFLTS形Q・f曲或*Ji=1*m=l优畔反燧Jn(l-a)\-ct4(呵-1(l・a)J一雑扩It同杆形对5VAjasi方稈称'迥匹减通电a+(1・a)ln(l—a)[-呗吐轴阮柱休比学艮趾0輔速6（面和1彩》曲毎级(iy(10呼号称机刃駅分璐式值时筱廿形式用7牝学彌(!-«)52(1fR相边罷应应・园林聒B鄰R・,統谨帮d-t曲1・C■住2(1-品特F1*-H29圧应圾敛ir-2l-(l-tf)?)0反丽纲計旷31-(1-a)JMampclPower注11ai1101曲彼法腹)MunpelPower41n—12|11—4•I4a匚G(幕曲監法姐I二埔扩敵,2D.n-lrr14(lPH1—(1J13Under方程2J4Under方程二维护敢・2D•rr-21-(]-a*(1-品l-D*15A*nlnll-En>l«v方戯机成核和師丘生氏・程n=3卜lnO_ar)Fi(l-a)[-1n(l-a)|-?AMimi-EiwIccv方i(l-a)[-ln(l-ff)r桎n=44-瑕(i-aH1比宁反应・尺减理予a#曲蝇218lender方科三嫌扩fflL球理对林，3D.D$•臓瞪ar曲线*rt=2SJ-(l-ff)T19及Jander舟稈二權扩敷-3D[(仁亦2—(]+a)>0令.Jijj20UL-T力理三蜒扩锻，3D0-CT)J-I17*尹-呻(]土7)4-I拟合结果如表4.2所示:机理函数拟合曲线y=a+bx相关系数rG1()-0.81373G2()-0.9843G3()-0.82311G4.)-0.89345G5()-0.86291G6-)-0.91557G7()Y7=19.32531-10794.93911x-0.99333表4.2污泥干燥在不同机理函数时的拟合曲线其中相关系数r用以度量y和x之间线性相关程度，「值越大，y与x越接近于线性相关。

r的表达式为:(Xix)(yiy)i1-(Xix)\(y>y)2■・-i1.i1(4.10)G1(a)G26i)-28：1■■r1!Ori1j*iri00022D0024000260002B000300003200034ln(17T)图4.6污泥干燥的动力学参数在不同机理拟合函数时的曲线图由表4.2可知，G7()=(1)1在拟合污泥干燥的线性相关系数最咼如图4.7所不综合其它升温速率时的曲线，这仍旧是拟合最好的函数，所以选取G7()e把升温速率分别为5C/min.10C/min.15C/min的数据代入拟合机理函数G7()中，求得拟合曲线见表4.3:表4.3不同升温速率的拟合曲线升温速率拟合曲线y=a+bx相关系数r5C/min-0.995610C/min-0.9926515C/min-0.99355其曲线拟合如图Jzs4.9、4.10所示由此可见，G7()在拟合不同升温速率时的干燥曲线的效果都最好te00022OOCQ40002SOOOA0.003000032QOKMwi/n图4.85C/min时的曲线拟合图图4.910C/min时的曲线拟合图DOC20OA'22000*1D002300AQOX32D00341/T图4.1015C/min时的曲线拟合图求污泥在不同升温速率下的表观活化能E,如表4.4所示图4.73C/min时的曲线拟合图表4.4不同升温速率的活化能值升温速率3C/min5C/min10C/min15C/minE(KJmoP1)89.7573.7664.1763.93A(min")8.0XO122.9XO101.1XO96.5XO8由不同干燥速率下的表观活化能可知，当污泥干燥的表观活化能和指前因子在污泥干燥升温速率较小时，受干燥速率影响较大；而在污泥干燥速率较大时，受污泥干燥速率影响不大。

这就要求在设计干燥流程时，不能只考虑效率，还应当考虑到能源消耗为慎重起见，又在北京热天平上做试验验证这一结论采纳的污泥是大连开发区污水处理二厂的污泥，经过拟合结果分析，发觉采用G2()1312来拟合干燥过程时，Ingj〜丄拟合关系接近于线性，T2T其中升温速率分别取2.5C/min、5C/min和10C/min,其中5C/min和10C/min的拟合结果如图4.11、4.12所示：图4.11升温速率为5°C/min时的拟合曲线图4.12升温速率为10C/min时的拟合曲线表4.5是根据大连开发区污水厂脱水污泥的热重试验得出的拟合曲线的表达式表4.5脱水污泥的干燥拟合曲线表达式升温速率拟合曲线y=a+bx相关系数r2.5C/min丫仁26.54348-13736.4仃65X-0.989075C/min-0.9937710C/min-0.9953表4.6是依据表4.5得出的干燥拟合曲线求出的活化能表4.6脱水污泥不同升温速率的活化能升温速率2.5C/min5C/min10C/minE(KJmok1)114.2089.4974.27A(min')1.2XO161.2XO122.2XO9对热分析来说，活化能的物理意义是使反应物中不能反应的非活化能分子激发为能反应的活化分子这一过程所需要汲取的能量。

由于讨论的是脱水污泥干燥的参数，而脱水污泥中的自由水分可视为已经除去，因此污泥干燥热分析计算出的污泥表观活化能可视为污泥在肯定温度下除去所含水分所需要汲取的能量由试验分析结果可知，计算出的活化能数值差别较大，这可能是由于试样用量，试验仪器等差别造成，但试验结果可以反映出一个趋势，那就是污泥的表观活化能值随升温速率的提高呈降低趋势，这是由于污泥在较高升温速率干燥时，平均干燥温度较高，而污泥在较高温度干燥时，水分转变成水蒸汽逸出只需汲取较小的能量，这也说明白温度提高对干燥的重要作用4.2脱水污泥的差热动力学分析分析用的污泥采纳的是大连开发区给排水厂的污泥污泥的不同升温速率下干燥的DTA曲线如图4.2,4.3.4.4,4.5所示在DTA曲线中，升温速率对DTA曲线影响较大当升温速率增大时，单位时间产生的热效应增大，峰值温度通常向高温方向移动，峰的面积也会增加差热分析的基本原理差热分析仪的基本原理为：处在加热炉和均热块内的试样和参比物在相同的条件下加热，炉温的程序掌握由控温热电偶监控试样和参比物之间的温差通常用对接的两支热电偶进行测定热电偶的两个接点分别与盛装试样和参比物堆坍底部接触由于热电偶的电动势与试样和参比物之间的温差成正比，温差电动势经放大后由纪录仪直接把试样和参比物之间的温差纪录下来，同时纪录仪也纪录下试样的温度和时间，这样就可以得到差热分析曲线1341o在测定时所采纳的参比物是在测定条件下不产生任何热效应的惰性材料，本试验中所用的参比物是Al2O3o干燥过程中的污泥由于水分蒸发，需要汲取热量，发生吸热效应，差示电动势小于零，就得到类似图4.13的差热曲线。

试样和参比物之间温差的变化是由试样相对于参比物而产生的热效应引起的即试样所产生的热效应与差热曲线的峰面积S成正比，如式（4・门）所示：HKS(4.11)设T°T的DTA曲线总面积为SToT的DTA曲线面积为S由于干燥进行程度可直接用热效应来量度，则变化率为:HtS武S(4.12)1(4.13)ddS1dS齐d?'~©SdT(4.14)IIdTHS(4.15)而动力学方程式：SdTd/dT(4佝(A/)exp(E/RT)f()当f()(1)n时,△e曰rt,s«nlogSnlogS2.303RT则有E/RT(1](4.17)取对数logTlogSlog-(4.18)可化简为：lognlogS2.303R(4.19)也nloglogS(4.20)EloqS2.303R其斜率为E/2.303R,截距为no因此可通过DTA作图，应为一条直线,曲线和式(4.20)计算活化能E和反应级数n等动力学参数讨论差热。